Dalam proses manufaktur semikonduktor yang presisi dan kompleks, khususnya pengemasan wafer, tegangan termal bagaikan "perusak" yang tersembunyi di kegelapan, terus-menerus mengancam kualitas pengemasan dan kinerja chip. Mulai dari perbedaan koefisien ekspansi termal antara chip dan material pengemasan hingga perubahan suhu yang drastis selama proses pengemasan, jalur pembentukan tegangan termal sangat beragam, tetapi semuanya mengarah pada penurunan tingkat hasil produksi dan memengaruhi keandalan chip dalam jangka panjang. Basis granit, dengan sifat materialnya yang unik, diam-diam menjadi "penolong" yang ampuh dalam mengatasi masalah tegangan termal.
Dilema tegangan termal dalam pengemasan wafer
Pengemasan wafer melibatkan kerja sama berbagai material. Chip biasanya terdiri dari material semikonduktor seperti silikon, sementara material pengemasan seperti material plastik dan substrat bervariasi kualitasnya. Ketika suhu berubah selama proses pengemasan, material yang berbeda sangat bervariasi dalam tingkat pemuaian dan penyusutan termal karena perbedaan signifikan dalam koefisien ekspansi termal (CTE). Misalnya, koefisien ekspansi termal chip silikon sekitar 2,6 × 10⁻⁶/℃, sedangkan koefisien ekspansi termal material cetakan resin epoksi umum mencapai 15-20 × 10⁻⁶/℃. Perbedaan besar ini menyebabkan tingkat penyusutan chip dan material pengemasan tidak sinkron selama tahap pendinginan setelah pengemasan, menghasilkan tegangan termal yang kuat pada antarmuka antara keduanya. Di bawah pengaruh tegangan termal yang terus menerus, wafer dapat melengkung dan berubah bentuk. Dalam kasus yang parah, hal ini bahkan dapat menyebabkan kerusakan fatal seperti retak pada chip, patahan sambungan solder, dan delaminasi antarmuka, yang mengakibatkan kerusakan pada kinerja listrik chip dan pengurangan signifikan pada masa pakainya. Menurut statistik industri, tingkat kerusakan kemasan wafer yang disebabkan oleh masalah tekanan termal dapat mencapai 10% hingga 15%, menjadi faktor kunci yang membatasi pengembangan industri semikonduktor yang efisien dan berkualitas tinggi.
Keunggulan karakteristik dari pondasi granit
Koefisien ekspansi termal rendah: Granit terutama terdiri dari kristal mineral seperti kuarsa dan feldspar, dan koefisien ekspansi termalnya sangat rendah, umumnya berkisar antara 0,6 hingga 5×10⁻⁶/℃, yang lebih dekat dengan koefisien ekspansi termal chip silikon. Karakteristik ini memungkinkan bahwa selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, bahkan ketika terjadi fluktuasi suhu, perbedaan ekspansi termal antara alas granit dan chip serta bahan pengemasan berkurang secara signifikan. Misalnya, ketika suhu berubah sebesar 10℃, variasi ukuran platform pengemasan yang dibangun di atas alas granit dapat dikurangi lebih dari 80% dibandingkan dengan alas logam tradisional, yang sangat mengurangi tekanan termal yang disebabkan oleh ekspansi dan kontraksi termal yang tidak sinkron, dan memberikan lingkungan pendukung yang lebih stabil untuk wafer.
Stabilitas termal yang sangat baik: Granit memiliki stabilitas termal yang luar biasa. Struktur internalnya padat, dan kristal-kristalnya terikat erat melalui ikatan ionik dan kovalen, memungkinkan konduksi panas yang lambat di dalamnya. Ketika peralatan pengemasan mengalami siklus suhu yang kompleks, alas granit dapat secara efektif menekan pengaruh perubahan suhu pada dirinya sendiri dan mempertahankan medan suhu yang stabil. Eksperimen terkait menunjukkan bahwa di bawah laju perubahan suhu umum peralatan pengemasan (seperti ±5℃ per menit), penyimpangan keseragaman suhu permukaan alas granit dapat dikontrol dalam ±0,1℃, menghindari fenomena konsentrasi tegangan termal yang disebabkan oleh perbedaan suhu lokal, memastikan bahwa wafer berada dalam lingkungan termal yang seragam dan stabil selama proses pengemasan, dan mengurangi sumber pembangkitan tegangan termal.
Kekakuan tinggi dan peredaman getaran: Selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, bagian-bagian mekanis yang bergerak di dalamnya (seperti motor, perangkat transmisi, dll.) akan menghasilkan getaran. Jika getaran ini ditransmisikan ke wafer, getaran tersebut akan memperparah kerusakan yang disebabkan oleh tekanan termal pada wafer. Alas granit memiliki kekakuan tinggi dan kekerasan yang lebih tinggi daripada banyak material logam, yang secara efektif dapat menahan gangguan getaran eksternal. Sementara itu, struktur internalnya yang unik memberikannya kinerja peredaman getaran yang sangat baik dan memungkinkannya untuk menghilangkan energi getaran dengan cepat. Data penelitian menunjukkan bahwa alas granit dapat mengurangi getaran frekuensi tinggi (100-1000Hz) yang dihasilkan oleh pengoperasian peralatan pengemasan sebesar 60% hingga 80%, secara signifikan mengurangi efek kopling getaran dan tekanan termal, dan lebih lanjut memastikan presisi tinggi dan keandalan tinggi pengemasan wafer.
Efek aplikasi praktis
Di lini produksi pengemasan wafer sebuah perusahaan manufaktur semikonduktor ternama, setelah memperkenalkan peralatan pengemasan dengan alas granit, telah dicapai prestasi yang luar biasa. Berdasarkan analisis data inspeksi 10.000 wafer setelah pengemasan, sebelum menggunakan alas granit, tingkat cacat berupa pembengkokan wafer akibat tekanan termal adalah 12%. Namun, setelah beralih ke alas granit, tingkat cacat turun tajam hingga di bawah 3%, dan tingkat hasil produksi meningkat secara signifikan. Lebih lanjut, uji keandalan jangka panjang menunjukkan bahwa setelah 1.000 siklus suhu tinggi (125℃) dan suhu rendah (-55℃), jumlah kegagalan sambungan solder pada chip yang menggunakan kemasan alas granit telah berkurang 70% dibandingkan dengan kemasan alas tradisional, dan stabilitas kinerja chip telah meningkat pesat.
Seiring kemajuan teknologi semikonduktor menuju presisi yang lebih tinggi dan ukuran yang lebih kecil, persyaratan untuk pengendalian tegangan termal dalam pengemasan wafer menjadi semakin ketat. Basis granit, dengan keunggulan komprehensifnya dalam koefisien ekspansi termal yang rendah, stabilitas termal, dan pengurangan getaran, telah menjadi pilihan utama untuk meningkatkan kualitas pengemasan wafer dan mengurangi dampak tegangan termal. Basis granit memainkan peran yang semakin penting dalam memastikan pembangunan berkelanjutan industri semikonduktor.
Waktu posting: 15 Mei 2025